玻璃钢管道用于供热的研究报告

一玻璃钢管道发展概况管道是当代工业中流体输送主要材料,传统金属管,混凝土管或因易锈蚀,或因质量大,已不能满足当代工业要求,复合材料管便应运而生.玻璃钢管已经有50年发展历史.早在20世纪40年代,美国就已申请了缠绕玻璃钢管道专利,而用于化学防腐工程第一根玻璃钢管道也于同期安装.1950年离心浇铸玻璃钢管道在石油工业领域代替钢管和不锈钢管进入市场,罗纹连接缠绕玻璃钢管在油田和井下油管中得到了应用,从20世纪50年代至60年代中期,缠绕玻璃钢管道在石油化工及军事工程中普遍应用,并开始用于城市供水和污水处理领域.玻璃钢管道优良防腐性能,使管道使用寿命得以提升,并能降低运行成本,从而为广泛使用玻璃钢管道奠定了基础.１９６５～１９７５年期间，离心浇注夹砂玻璃钢管道得到了应用。这种管道刚度大，最适适用做外压管和地埋管。同期还开发了连续缠绕玻璃钢管和承插O型圈连接玻璃钢管等。20世纪80年代，玻璃钢管进入成熟阶段。美国、日本、德国、法国、意大利等发达国家，都已进入大规模生产和应用阶段。美国是应用玻璃钢管道最多国家，1990年产量已达14800公里。现在世界各国已安装离心浇铸管道达6400公里，已安装承插O型圈缠绕玻璃钢管道达10800公里，20世纪90年代以后，玻璃钢管道发展更是日新月异，应用领域也更宽广。我国玻璃钢生产始于20世纪60年代末，到1984年共生产4000多吨玻璃钢管材；采取方法主要是布带缠绕、卷管和手糊工艺。1986~1989年哈尔滨玻璃钢研究所硕士产￠800和￠1600玻璃纤维缠绕管道，成功应用于青海盐湖工程和海口电厂工程。同一时期，河北中意玻璃钢和连云港玻璃钢厂，先后从意大利、美国和日本引进全套定长玻璃钢缠绕管生产线40多条、连续缠绕玻璃钢生产线3条个离心浇注玻璃钢管生产线3条，使我过玻璃钢管道工业技术水平和生产规模有了很大提升。现在我国玻璃钢生产线已达130多条；年生产能力约40万吨。我国生产玻璃钢管缠绕设备，是在引进设备基础上改进，不少地方已超出了进口设备技术性能。玻璃钢管道在供热方面应用也很广泛，在辽宁宏大热电企业，开原城市供暖项目均采取玻璃钢材质，辽宁抚顺热电厂部分居民供热项目也是采取玻璃钢材质。为了提升产品质量、规范市场，1994年~1998年我国先后颁布了JC/-522—94《玻璃纤维增强热固性树脂压力管》；JC/T695—1998《离心浇注玻璃纤维增强不饱和聚脂夹砂管件》和JC/T838—1998《玻璃纤维增强热固性树脂夹砂压力管》等行业标准。国家标准化协会将推出玻璃钢管道最新标准，这些标准出台，使我国玻璃钢管质量得到有力确保，已经能够和国际产品媲美，并进入国际市场。二、玻璃钢管道与钢管、水泥混凝土管道等综合性能比较以下：（一）玻璃钢管道性能特点1、耐腐蚀性好，对水质无影响，玻璃钢管道能抵制酸、碱、盐、海水、污水、腐蚀性土壤或地下水及众多化学流体侵蚀。比传统管道使用寿命长，其设计使用寿命通常在50年以上。对玻璃钢管道而言，更多是在市政、城市输配管网方面应用，因为其具备无毒、无锈、无味对水质无二次污染、无需防腐、使用寿命长、安装简练等优点。所以，受到了给排水行业欢迎。2、防污抗蛀不饱和聚脂树脂表面洁净光滑，不会受到海洋或污水中菌类等微生物沾污、黏附，以至增大糙率；降低过水断面，增加维修费用。玻璃钢无着些污染，长久使用洁净如初，同时因为其内壁光滑，优异抗蚀性能，不会产生水垢和微生物衍生，有效保护水质。保持水阻稳定。而传统管材还存在日后水阻增大和表面结垢现象。3、耐热性、抗冻性好在—30℃状态下，仍能有良好韧性和极高强度，可在—50℃----80℃范围内长久使用，采取特殊配方树脂还能够在110℃以上温度下工作。4、自重轻、强度高，运输安装方便采取纤维缠绕玻璃钢管道，其相对密度为1.65~2.0，只有钢1/4，但玻璃钢环向拉伸强度为180~300Mpa,轴向拉伸强度为60~150Mpa,近似合金钢，所以，其强度比是合金钢2~~3倍。着样它就能够接用户不一样要求，设计成满足各类承受内外压要求管道，对于相同管径单重，玻璃钢管只有碳素管1/2.5，铸铁管1/3.5，预应力水泥1/8左右。所以，安装运输十分方便。玻璃钢管道每节长度为12米，比混凝土管道降低2/3接头。采取承插连接方式，安装快捷方便，同时降低了吊装费用，提升了安装速度。5、摩擦阻力小，运输能力好玻璃钢管道内壁非常光滑，糙率和摩擦阻力很小，糙率系数为0.0084，而混凝土管n值为0.014，铸铁管为0.013，所以，玻璃钢管能显著降低沿程流体压力损失，提升输送能力。在输送能力相同时，工程可选取内径较小玻璃钢管道，，从而降低一次性投资费用。采取相等口径管道，玻璃钢管道可比其余管道降低压头损失，节约泵送费用。6、电、绝缘性好玻璃钢是非导体，管道电绝缘性特优，最适适用于输电、电信线路密集区和多雷区。玻璃钢导热系数很小，只有0.23，是钢0.5%，管道保温性能优异。7、耐磨性好把含有大量泥浆、砂石水，装入管子中进行旋转磨损影响对比试验，经过300万次旋转后，检测管内壁磨损情况：用焦油和瓷釉层钢管为0.53，用环氧树脂和焦油涂层钢管为0.52，经表面硬化处理钢为0.48，玻璃钢管为0.21，由此说明其相当耐磨。8、维护费用低玻璃钢因为上述耐腐、耐磨、抗冻和抗污等性能，所以工程不需要进行防锈、防污、绝缘、保温等方法和检修。对地埋不需要进行阴极保护，可节约工程维修费用70%以上。9、适应性强玻璃钢管能够依照用户各种特定要求，诸如不一样流量、不一样压力、不一样埋深和荷载情况；设计成不一样压力等级和刚度管道。10、工程寿命长，安全可靠据试验室模拟试验表明；玻璃钢使用寿命可长达50年以上。11、工程综合效益好综合效益是由建设投资、安装维修费用、使用寿命、节能等多个原因形成长久性效益。玻璃钢管道综合效益是可取，尤其是管径越大，其成本越低，地埋管道可使用好几代，无须年年修复，更可发挥它综合效益。12、玻璃钢管道用作供热时,能够免用伸缩节,管道连接方式是双O型圈柔性连接,本身具备一定伸缩量,防止了安装膨胀伸缩接头，节约了费用。（二）水泥混凝土管道性能特点1、节约金属，在正常情况下无须内外防腐。2、价格廉价，由韧性接口和平端接口两种形式。3、不耐腐蚀及浸泡；预应力钢筋混凝土管道在腐蚀地域，如盐碱地、海滨地带、部分腐蚀地域，管道长久浸泡在腐蚀性沟槽中；两年后便会使环向钢筋腐蚀、断裂。4、水力性能差、能耗高，预应力钢筋水泥混凝土管道糙率系数在0.013~0.014之间，这么对于一样输水量，同等管径管线，其沿程阻力大，因为糙率大，使用一段时间后，管道内会因细菌贝类滋生而阻塞管道，伴随使用年限增加，管内径会逐步缩小，阻力增大。5、管材粗笨、管件不配套，预应力钢筋水泥管道粗笨，搬运损坏率高，增加运输费用。管件不配套，通常选取铸铁管件，二者承压能力、使用寿命、耐腐蚀情况不一样，易发生爆裂，所以存在事故隐患。6、因为定尺短，接头多，渗陋可能性高，且维修困难。7、单管、单胶圈无法进行试压、即时覆土，须整条管线试压覆土，整体施工工期长。（三）球墨铸铁管道性能特点1、抗拉强度高、是通常灰口铸铁管道3倍；韧性好，延伸率高，为5%~15%。2、耐冲击、耐震动、耐腐蚀，比钢管耐腐蚀性能好。3、造价高，比钢管略低。4、其耐腐蚀性比钢管虽好，不过其壁薄。埋设在土壤中受蚀穿孔速度比灰口铸铁管道要快多；若外防腐做不够，在5~8年内就发生腐蚀穿孔，而管材在腐蚀土壤中腐蚀速度达0.5~~1.5mm/a,所以球墨管道外防腐一定要按要求作好，而这点在生产施工安装中不易确保，成为今后事故极大隐患。5、其内衬通常为水泥沙浆涂层。水泥砂浆衬里在一些情况下对水质产生不利影响，试验表明，如砂浆碰到能侵蚀石灰水，会造成砂浆流失、受损、水被碱化，ph值升高、增加能耗水消毒效果受到影响。6、水力性能差、能耗高。球墨铸铁管道管内糙率为0.013~0.014之间，同水泥糙率相同。7、管道存在对水锤作用承载能力差，极易发生重大工程事故。（四）钢管性能特点1、钢管相对于其余管材，强度高韧性好，可承受较高内压。制造使用灵活，而且能适应复杂或恶劣地质情况。2、钢管在使用过程中存在较大弊端，主要是内外防腐处理麻烦。首先，外防腐问题很关键，外防腐质量好坏直接影响其使用寿命。现在国内外防腐主要为：遮盖型做法。对于钢管均要求为加强型和特加强型外防腐，有部分地域推行阴极保护。对于遮盖型外防腐方法通常为涂料如石油沥青、环氧煤沥青等，后者在低温时不易固化，而且在施工焊口时问题更多，阴极保护防腐效果比很好，不过因为采取牺牲阳极方法，在日后运行中必须定时更换阳极，增加运行费用和工作量。内壁处理方法通常为三种，防腐涂料、树脂砂浆、水泥砂浆。三种方法都存在两个问题：第一是防腐层与钢管粘结强度问题，这几个方法都需要对管道内壁进行完全除锈才能施工，这点极难做到完好。所以，锈点部分造成日后分层剥离起源。第二是钢管决大部分都在现场对焊施工，因为焊完后进行防腐。只能是人工进行，质量不易控制。而且，对于口径较小管道，人员无法完成进去施工，就不会有防腐能力了，也造成了日后焊缝破坏隐患。3、整体造价高。4、水力性能差、能耗高。钢管内壁糙率系数为0.013~~0.014之间。沿程阻力大，需要增大泵扬程，增大早期投资，同时运行费用因耗电量大也大幅度增大。5、管道存在对水锤作用承载能力差缺点。从以上内容对当前惯用四类管道综合性能比较能够看出，采取玻璃钢管道具备显著技术优势和经济优势。三、玻璃钢管道基本力学性能（一）玻璃钢管道具备优越力学性能，其密度为1.6~~2.2g/cm3,约为钢1/5~~1/4，比钢材、铸铁和塑料比强度都高，见表1项目/材质玻璃钢钢铸铁pvc相对密度1.8~~2.27.847.341.4拉伸强度160~~32038018750~~60比强度100~~16848.525.536.8玻璃钢质量通常小于同规格钢管1/3，物理性能优异。而且玻璃钢热膨胀系数与钢大致相当，导热系数只有钢0.5%，是一个很好热和电绝缘材料。祥见下表：项目系数/材质玻璃钢钢pvc热膨胀系数11.212.360~~80导热率0.26747.680.209玻璃钢热膨胀系数与管材壁厚关于，此表为DN700mm口径。（二）优异水力特征玻璃钢管道内壁非常光滑，表面粗糙率为0.0084，这就意味着流体压头损失小，能够选取较小口径，或是较小输送泵，从而降低成本。详见表3、4玻璃钢管道相对于钢管缩径表（单位：mm）钢管（内衬水泥浆）玻璃钢管道钢管（内衬水泥浆）玻璃钢管道DN350DN300DN1300DN1200DN500DN350DN1400DN1200DN600DN500DN1500DN1300DN700DN600DN1600DN1400DN800DN700DN1800DN1600DN900DN800DNDN1700DN1000DN900DN2200DN1900DN1100DN1000DN2400DN2100DN1200DN1100DN2500DN2200各种管材绝对粗糙度比材质绝对粗糙度/mm材质绝对粗糙度/mm钢管0.08~0.39旧生锈钢管0.60铸铁管0.25玻璃钢管0.0084经过整平水泥管0.33四、玻璃钢供热管道设计及成本核实玻璃钢管道用于供热方面已经有成熟经验，在铁岭开原，抚顺、新疆、山东胜利油田等地都不一样程度采取玻璃钢管道用于供热。玻璃钢管道材料设计就是依照管道实际用途，选择适宜树脂和增强材料。树脂选择用于供热管道玻璃钢所选取树脂综合性能比很好，要求不饱和树脂在高温下使用，热变形温度较低通用型树脂就不适用，耐热型树脂热变形温度应大于110℃，在较高温度下有较高强度保留率，现在耐热型树脂种类很多，依照输送流体介质、工作压力、温度范围选择适宜种类，耐热型树脂多为间苯型，如198、199、和乙烯基树脂等。质量性能比较以下：牌号酸值黏度固体含量（%）凝胶时间热变形温度（℃）巴氏硬度19820-2865061--678----251005019921--2960058--6411--2111050320015450--90062--6912--3013058以上是提供参数仅为参考数据，每个生产厂家生产同品牌树脂在性能上有所差异，如具备试验条件话，应经过实际挂片来验证该树脂实际性能。乙烯基树脂是环氧树脂改性树脂，价格比较昂贵，市场价格大约在30~~40元/千克，用于供热管道时，成本较高。在使用温度范围内，通常采取199树脂。199型号不饱和树脂物理力学性能指标项目199项目199拉伸强度/Mpa弯曲模量（）1.3常温233压缩强度/Mpa229--40℃249剪切强度/Mpa15750℃167冲击强度99拉伸模量1.4680℃和—40℃各24h循环，试验624h后，强度保持率/%弯曲强度/Mpa冲击强度108.7常温302弯曲强度100.1--40℃339弯曲模量90.650℃202压缩强度97.0增强材料选择玻璃钢增强材料为纤维制品，制管所用纤维制品主要有没有碱/中碱缠绕纱，玻璃纤维毡和表面毡、另外还有网格布、夹砂布、石英砂等。详细规格以下：缠绕纱：采取无碱无捻2400/4800tex，无碱综协力学性能和耐热性能都比中碱要好。玻璃纤维毡（针织毡）：采取380~~450g/m2无碱玻纤制品。表面毡：采取30~~45g/m2无碱玻纤制品。网格布：涤纶制品，规格为55~~60g/m2.夹砂布：涤纶制品，规格为75~~80g/m2石英砂：通常采取20~~50目混合砂，要求含硅量为99%以上。结构设计玻璃钢供热管道属于玻璃钢管道一个，和夹砂管道结构相同，管道由内到外分为内衬层----结构层（加强层）----外表面层——保温层—防腐层内衬层玻璃钢管道内衬层是管道耐内压主要组成部分，主要起防渗、防腐作用，是由玻璃表面毡层，针织毡层和网格布层组成，要求内衬层树脂含量大于75%，依照压力不一样来调整内衬层厚度，通常要求在1.2~~2.0mm之间。结构层也叫加强层，主要承受载荷引发各种应力，是由玻璃纤维缠绕层和石英砂层组成，树脂含量在30~~38%之间。结构层厚度决定玻璃钢管道刚度等级。外表层外表层用于防自然老化和摩擦碰撞，富树脂含量达成90%以上。保温层玻璃钢保温层选材各厂家不一样，铁岭开原和抚顺采取是橡塑板，而常州晨昱玻璃钢厂采取是聚氨脂发泡保温法，据抚顺玻璃钢厂介绍，假如把橡塑板加厚到三公分话，保温效果与聚氨脂相当。而用橡塑板保温法比聚氨脂发泡要节约60%成本。外防腐层管道外防腐层采取玻璃钢缠绕成型或者方格玻璃丝布包裹成型。用聚乙烯外皮话缺点很多，而且造价高，详细比较在后面章节可看到。（三）管道工艺设计工艺设计制造出合格玻璃钢管道主要一环，只有在正确工艺设计方案下，才能充分发挥出材料设计、结构设计优势，并生产出合格产品。以DN400mm管道为例，设计要求：刚度8000N/S,内压1.0Mpa输送介质为水，温度75℃工艺设计表以下：（四）成本核实1、以上面DN400mm管道为例，其每米直材费用以下表：（单位：元）材料名称用量（千克）单价总价树脂717119缠绕纱67.545玻璃表面毡0.045281.26针织毡0.52105.2网格布0.08171.36夹砂布0.32206.4石英砂4.10.31.23固化剂0.0712.50.85促进剂0.0712.50.85玻璃布1.244.8橡塑板0.042立方800元/方33.6总价格219.552、人工费用以生产DN400管道为例，每班人数十人，在不考虑模具数量前提下，每班可生产144米，每人天天工资为100元，这么每米保温管道人工费用为14.4元3、水电费用设备总功率为130kw，正常运行时大约为90kw,按每班十二个小时计算，耗电量为900度左右，按1元/度计算，每米管材电费为6.25元/米。4、设备折旧费用设备使用年限按十五年计算，设备总造价为120万，每米管材折旧费用为1元5、税费通常纳税人税率为17%，抵税后大约为6~~8%。管道每米须上缴税费15元管道综合造价为256.2元/米。五、玻璃钢外皮保温与聚乙烯外皮保温性能比较（一）费用相同口径供热管道，采取玻璃钢外皮设计壁厚比聚乙烯厚度薄1/3左右，成本比聚乙烯要节约20%左右。（二）使用寿命不一样聚乙烯耐温性能差，聚乙烯在不一样温度下使用寿命以下表试验温度30℃40℃50℃60℃70℃使用寿命50年23年2年1600小时40小时而用耐热树脂成型玻璃钢外皮，本身就是耐热材质，试验以下表试验温度试验时间拉伸强度90℃1500小时≥20Mpa玻璃钢直埋管道理论使用寿命为五十年。(三)力学性能不一样聚乙烯外皮易纵向开裂和椭圆，而且现场修补时，热熔焊极难确保质量，直接造成聚氨脂发泡层破裂，试验证实，在聚氨脂层承受0.3Mpa外压时，破坏程度为5%，在承受0.7Mpa外压时，破坏程度为50%，玻璃钢是复合材料一个，综协力学性能好，拉伸强度在160~320Mpa之间，不会开裂（四）用聚氨脂做外皮，中间聚氨脂层只能采取浇注发泡工艺，浇注口在端部或是中部话，极难确保聚氨脂层密度一致，据检测，密度范围在45~~85不等。而标准要求密度为65；用玻璃钢做外皮时，聚氨脂层能够在模具中发泡成型，模具浇注孔不止一个，能够是聚氨脂层密度保持一致，发泡完成在聚氨脂层上缠绕玻璃丝布或纱,这么就防止了聚氨脂层密度不均现象。（五）膨胀系数不一样。聚乙烯做外皮易分层，玻璃钢膨胀系数低，和聚氨脂层结合紧密。（六）防腐性能不一样，玻璃钢材质防腐性能优于聚乙烯。经过以上几点能够看出，玻璃钢材质做外皮有很多优异性能，在山东东营胜利油田和石家庄华电供热企业，均采取玻璃钢材质做为供热管道外皮，工程量都在20公里以上，口径大小不等，最大口径为DN1200mm。六、玻璃钢供热管道施工及安装规范（一）管道装卸存放1、管道装卸过程中轻装轻放，禁止摔跌或撞击。2、管道可采取一个支点或两个支点起吊，确保管道在空中平衡。3、长途运输不一样管径管道，可采取套装